Палеоклиматические записи использовались для оценки чувствительности современного равновесного климата. Однако для этого необходимо понимать, как обратные связи, управляющие реакцией климата, изменяются в зависимости от самого климата. Авторы «нагревают» и «охлаждают» современную климатическую модель, чтобы смоделировать континуум климатов от почти покрытой льдом Snowball Earth до почти свободной ото льда теплицы. Обнаружено, что доиндустриальный климат близок к оптимуму стабильности: потепление приводит к менее стабильному (более чувствительному) климату, как и охлаждение более чем на 2 К. Физически интерпретируя результаты, авторы обнаружили, что снижение стабильности для климатов холоднее доиндустриального происходит в основном из-за обратных связей альбедо и градиента температуры, а снижение стабильности для более тёплых климатов - в основном из-за обратной связи облаков. Эти результаты подразумевают, что палеоклиматические записи обеспечивают более сильное ограничение, чем было рассчитано в предыдущих исследованиях, что предполагает сокращение диапазона неопределённости чувствительности климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50406-w

2023 год был самым тёплым за всю историю наблюдений в мире и вторым самым тёплым в Европе. Авторы применили эпидемиологические модели к данным о температуре и смертности в 823 смежных регионах из 35 стран, чтобы оценить связанную с жарой смертность в Европе в 2023 году по полу и возрасту, а также количественно оценить бремя смертности, которого удалось избежать благодаря адаптации общества к повышению температуры с 2000 года. Были оценены 47 690 (95%-ный доверительный интервал: 28 853–66 525) смертей, связанных с жарой, в 2023 году, что является вторым по величине бременем смертности в период исследования 2015–2023 гг., превзойдённым только к 2022 году. Авторы также оценили, что бремя смертности, связанное с жарой, было бы на +80,0% выше при отсутствии адаптации в текущем столетии, особенно среди пожилых людей (+100,7% среди людей в возрасте 80+ лет). Эти результаты подчёркивают важность исторических и текущих адаптаций в спасении жизней в течение недавних летних сезонов, а также необходимость разработки более эффективных стратегий для дальнейшего снижения смертности в предстоящие более жаркие летние сезоны.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41591-024-03186-1

Фракционный древесный покров облегчает отображение плотности леса и её изменений. Однако по-прежнему сложно оценить древесный покров по спутниковым данным, что приводит к существенным неопределённостям в анализе изменений лесного покрова. В этой статье был создан глобальный ежегодный набор данных о фракционном древесном покрове с 2000 по 2021 гг. с разрешением 250 м (GLOBMAP FTC). Ежегодные наблюдения MODIS были перестроены на уровне пикселей в общую фенологию и использованы для извлечения двенадцати признаков, которые могут различать деревья и травянистую растительность, что значительно снизило размерность признаков. Был собран массив обучающих данных, состоящий из 465,88 миллионов точек выборки из четырёх глобальных продуктов лесного покрова с высоким разрешением, для обучения модели нейронной сети прямого распространения для прогнозирования древесного покрова. По сравнению с наборами данных проверки, полученными из справочного набора данных USGS по глобальному покрову Земли за 2010 год, значения коэффициента детерминации R², средней абсолютной ошибки MAE и корня квадратного из среднеквадратичной ошибки RMSE составили 0,73, 10,55% и 17,98% соответственно. Этот набор данных можно применять для оценки изменений лесного покрова, включая как резкую потерю лесов, так и постепенное их увеличение.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03671-9

В XXI веке прогнозируются широкое распространение засухи, вызванной глобальным потеплением, и удвоение уровня CO₂. Однако потенциальное взаимодействие между увеличением содержания CO₂ и уменьшением влажности почвы для функции растений неопределённо, поскольку предыдущие работы не смогли успешно разделить и количественно оценить эти два конкурирующих эффекта. Авторы оценили взаимодействие между влажностью почвы и содержанием CO₂, используя измерения стабильного изотопа углерода в растении Arabidopsis, выращенном при одновременной модуляции исчерпывающего диапазона обеих переменных. Результаты показали, что как увеличение содержания воды в почве, так и рост концентрации CO₂ увеличили изотопную дискриминацию, и что эффект влажности почвы не был затронут уровнем CO₂ и наоборот. Эти данные подтверждают, что изменения в записи изотопов углерода наземного органического вещества, сохранившегося в геологической летописи, лучше всего интерпретируются как происходящие из изменений в атмосферном CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01576-4

Новое исследование рассматривает, как самый распространённый элемент нашей атмосферы циркулирует через Северный Ледовитый океан, и как изменение климата может повлиять на этот процесс.

Фитопланктон небольшой, но мощный. Будучи одним из крупнейших переносчиков первичной продукции в океанах Земли, он преобразует солнечный свет и углекислый газ (CO₂) в химическую энергию, формируя основу водной пищевой цепи и ежегодно перемещая около 10 миллиардов метрических тонн углерода из атмосферы в глубины океана.

Несмотря на то, что азот является самым распространённым элементом в атмосфере Земли, он является ограничивающим фактором для роста фитопланктона в большей части океана. Это особенно актуально для Северного Ледовитого океана, где географические и климатические факторы способствуют особенно сложному циклу азота.

Арриго и др. (Arrigo et al.) рассматривают современные знания о том, как азот попадает в воды Арктики и изменяет формы, а также о том, как эта динамика может преобразиться при изменении климата.

Среди важнейших источников азота в Северном Ледовитом океане — горизонтальные потоки воды из других океанов, в частности Атлантического, который переносит в Арктику почти в четыре раза больше воды, чем Тихий океан. Другие источники включают подъём глубинных вод и реки.

Азот принимает множество форм в океане, включая многочисленные органические и неорганические виды, которые могут быть как растворёнными, так и твёрдыми. Ранней весной растворённый нитрат является основной формой азота на поверхности Арктики (но фитопланктон быстро потребляет его), а затем переходит к переработанному аммонию в качестве своего основного источника позже в течение сезона. Большая часть твёрдого органического азота, произведённого как побочный продукт роста фитопланктона, тонет и откладывается либо в отложениях, либо в глубокой воде вблизи морского дна. Этот органический азот может потребляться бактериями и трансформироваться в формы, которые могут возвращаться выше в толщу воды или обратно в атмосферу, чтобы продолжить цикл.

Авторы предполагают, что изменение климата будет всё больше влиять на азотный цикл Северного Ледовитого океана. Более частые арктические лесные пожары будут означать большие выбросы углерода и азота. Повышение уровня CO₂ в океане способствует закислению океана, что, вероятно, повлияет на нитрификацию (превращение аммония в нитрит и нитрат), хотя неясно, как именно. Таяние морского льда, вероятно, также будет иметь сложные эффекты: больше пресной воды, поступающей в океан, может привести к увеличению стратификации океана, но это также оставит большую часть океана открытой для ветра, что может увеличить перемешивание океана и уменьшить стратификацию. (Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, https://doi.org/10.1029/2024JG008088, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/the-many-adventures-of-nitrogen-in-the-arctic-ocean

Исследования в климатических камерах показывают, что влажность увеличивает опасность, но анализ показателей смертности среди населения говорит об обратном.

Прошлым летом, когда Северное полушарие переживало рекордную жару, статья в журнале Environmental Health Perspectives вызвала переполох среди учёных, изучающих риски жары для здоровья. В статье указывалось на поразительное несоответствие между двумя лагерями исследователей по вопросу о том, делает ли влажность более смертоносной жаркую погоду.

Физиологи нашли убедительные доказательства того, что влажность имеет значение: при заданной температуре большая влажность затрудняет поддержание организмом безопасной внутренней температуры и предотвращение теплового удара. Эпидемиологи, напротив, пришли к выводу, что температура сама по себе точно предсказывает показатели смертности, связанные с жарой; добавление влажности мало что делает для улучшения их прогнозов.

До упомянутой выше статьи «никто прямо не говорил: «Смотрите, эти две области развиваются параллельно с совершенно разными выводами»», — говорит её первый автор, климатолог Джейн Болдуин (Jane Baldwin) из Калифорнийского университета в Ирвайне, которая подчеркнула эту загадку на семинаре Колумбийского университета по экстремальной жаре в прошлом месяце. «И если так будет продолжаться, это может стать реальной проблемой для прогнозирования последствий изменения климата».

«Дебаты о влажности — это очень живые дебаты», — добавляет Крис Каллахан (Chris Callahan), учёный по системам Земли в Стэнфордском университете. «Мы на самом деле не знаем, какова роль влажности в формировании смертности».

Ставки в выяснении этого вопроса высоки. Повышение глобальной температуры подвергает всё больше людей риску смерти, связанной с жарой, и многие из самых жарких частей мира — например, Южная и Юго-Восточная Азия и Персидский залив — также испытывают удушающую влажность. В результате выводы учёных о роли влажности могут повлиять на всё: от пороговых значений для правительственных рекомендаций по жаре до рекомендуемых методов охлаждения.

Влажное тепло ощущается более угнетающим, чем сухое, и вполне логично, что оно будет более смертоносным: как только температура воздуха превышает примерно 35˚C, единственный способ, которым тело может эффективно охладиться, — это испарение пота. Чем больше воды содержится в воздухе, тем меньше пота может испаряться, что снижает его эффективность как механизма охлаждения.

Тем не менее, исследование 2019 года, в котором был проанализирован огромный набор данных о погоде и показателях смертности из 445 городов в 24 странах, многие из которых собирались десятилетиями, не обнаружило практически никакой связи между влажностью и смертностью после поправки на температуру. «Мы должны провести больше исследований, чтобы выяснить, почему», — говорит первый автор Бен Армстронг (Ben Armstrong), эпидемиолог-статистик Лондонской школы гигиены и тропической медицины.

Второе крупное исследование, опубликованное в 2023 году, пришло к аналогичному выводу: показатели теплового стресса, включающие влажность, не лучше, чем одна только температура, при оценке смертности в тёплый сезон в 604 местах в 39 странах. Исходя из данных, использованных в исследовании, исключение влажности «не даст вам предвзятого результата [смертности]», — говорит ведущий автор исследования, эпидемиолог-эколог Ана Виседо-Кабрера (Ana Vicedo-Cabrera) из Бернского университета.

Тем не менее, другие исследования утверждают, что влажность усугубляет эффект жары, и что у людей есть физиологический предел, выше которого они не могут переносить сочетание этих двух факторов. В основополагающей статье 2010 года были использованы принципы биофизики для теоретического обоснования того, что предел выживаемости человека, выше которого внутренняя температура начинает неконтролируемо расти, фактически поджаривая внутренние органы, наступает при температуре влажного термометра 35°C (температура влажного термометра включает в себя как тепло, так и влажность и измеряется с помощью термометра, шарик которого обёрнут мокрой тканью. Чем выше влажность, тем меньше охлаждается шарик за счёт испарения всей воды из ткани).

В 2022 году биометеоролог Дэн Вечеллио (Dan Vecellio), который сейчас работает в Университете Небраски в Омахе, и его коллеги из Университета штата Пенсильвания проверили предложенный порог эмпирически, изучая молодых здоровых людей в климатической камере. Наблюдая за добровольцами, постепенно повышая либо температуру, либо влажность в камере, исследователи подтолкнули их к точке перегиба, в которой их внутренняя температура начала расти до того, что в конечном итоге стало бы смертельной вершиной, если бы эксперименты не были остановлены. Команда пришла к выводу, что для молодых здоровых людей, имеющих лёгкую физическую активность, порог выживания в жаркой влажной среде был ниже, чем предполагалось ранее: 31° температуры влажного термометра, что может ощущаться как 40-50°C в зависимости от уровня влажности.

В последующем анализе Вечеллио и его коллеги использовали климатические модели для прогнозирования степени потепления, при которой глобальные «горячие точки» могут стать непригодными для жизни в условиях жаркой и влажной погоды: от потепления на 1,5°C в некоторых частях долины реки Инд и на Ближнем Востоке до потепления на 3°C на Среднем Западе США.

Одна из возможных причин, по которой эпидемиологи не увидели влияния влажности, заключается в том, что их наборы данных сильно смещены в сторону более прохладного и сухого Глобального Севера. Это может затруднить выявление смертельного воздействия влажности в странах Глобального Юга, где сложнее получить точные данные о смертности. (например, набор данных, использованный в анализах 2019 и 2023 годов, включает только одну африканскую страну и не включает Индию, Пакистан и Бангладеш, среди других густонаселенных и влажных азиатских стран). Некоторые исследователи также предполагают, что малоподвижный образ жизни на Глобальном Севере может означать, что для того, чтобы влажность проявила её опасности, необходимы чрезвычайно высокие температуры и уровни влажности.

Другая проблема заключается в том, что данные о температуре и влажности метеостанций, которые обычно используются эпидемиологами, не отражают условия, которым подвергаются люди, если они остаются в своих домах, говорит Олли Джей (Ollie Jay), физиолог из Сиднейского университета, соавтор недавней статьи Environmental Health Perspectives. «Это может быть одной из причин того, что мы на самом деле не видим особенно сильной связи [смертности] с влажностью».

Демографические данные тех, кто умирает в периоды сильной жары, также могут маскировать вредное воздействие влажности. Пожилые люди, на которых сегодня приходится большинство смертей, связанных с жарой в развитых странах, имеют пониженное потоотделение, что означает, что влажность может не так сильно влиять на их способность к охлаждению, как на молодых, здоровых людей с полным потоотделением.

Учитывая ограниченность данных, «отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия», когда речь идёт об увеличении рисков из-за влажности, признаёт Виседо-Кабрера. В настоящее время она начинает исследование в Республике Гамбия, в ходе которого будет тщательно отслеживаться жизнь 60 человек, чтобы выяснить, изменяются ли физиологические признаки теплового стресса в зависимости от уровня влажности и как именно.

Какими бы ни были причины этого разрыва, выводы как из физиологии, так и из эпидемиологии всё равно могут помочь усилиям общественного здравоохранения, говорит Амрута Нори-Сарма (Amruta Nori-Sarma), учёный по охране окружающей среды в Школе общественного здравоохранения Бостонского университета, которая изучала влияние волн тепла на смертность на северо-западе Индии. «Индивидуальная точка зрения», представленная в выводах физиологов, например, утверждает, что следует подчёркивать необходимость дополнительного потребления воды для восполнения жидкости, потерянной при потоотделении. С другой стороны, «эпидемиологический анализ может потенциально способствовать более масштабным вмешательствам», говорит она, например, открытию охлаждающих центров с кондиционированием воздуха в зависимости от температуры для предотвращения всплесков смертности, которые хорошо документированы в эпидемиологических исследованиях.

Вечеллио говорит, что учёные и правительства не должны ждать, пока головоломка будет решена, чтобы действовать. «Люди уже умирают от жары», — говорит он. «Нам нужно найти способы защитить людей во время экстремальных тепловых явлений уже сейчас».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/does-humidity-make-heat-more-deadly-scientists-are-divided

В этом исследовании рассматривается важнейшая глобальная проблема адаптации к изменению климата путём оценки недостатков в текущих методологиях оценки затрат на адаптацию. Широкие оценки выявляют существенный дефицит инвестиций в стратегии адаптации, подчёркивая необходимость точного анализа затрат для руководства эффективной разработкой политики. Используя протокол PRISMA 2020 и дополняя его инструментом prismAId, автор в этом обзоре систематически анализирует недавнюю эволюцию методологий оценки затрат с использованием современного генеративного искусственного интеллекта. Подход, улучшенный с помощью искусственного интеллекта, способствует быстрому и воспроизводимому расширению исследований. Анализ выявляет значительное географическое и секторальное неравенство в исследованиях затрат на адаптацию к изменению климата с заметной недопредставленностью важнейших областей и секторов, наиболее уязвимых к воздействию климата. В исследовании также подчёркивается преобладающая зависимость от вторичных данных и отсутствие всеобъемлющей количественной оценки неопределённости в экономических расчётах, что указывает на срочную необходимость в методологических улучшениях. В нём делается вывод о том, что расширение анализа за пределы простой проверки того, что выгоды превышают затраты, имеет решающее значение для поддержки эффективной адаптации к изменению климата. Если оценивать рентабельность инвестиций в адаптацию, станет возможным расставить приоритеты в этих инвестициях не только по сравнению с аналогичными вмешательствами, но и в более широком спектре государственных расходов.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2225-1154/12/8/116

Климатические обратные связи за исторический период (здесь определяется как 1850–2014 гг.) были исследованы в больших ансамблях исторических и единичных экспериментов по воздействию (hist-ghg, hist-aer и hist-nat), с 47 членами для каждого эксперимента. В историческом ансамбле со всеми воздействиями обнаружен диапазон оценочной эффективной чувствительности климата (EffCS) примерно от 3 до 6 К, значительный разброс обусловлен исключительно неопределённостью начальных условий. Разброс в EffCS связан с различными структурами температуры поверхности моря, наблюдаемыми в ансамбле из-за их влияния на различные процессы обратной связи. Например, уровень полярного усиления сильно коррелирует с количеством растаявшего морского льда на градус глобального потепления. Этот механизм связан с большим разбросом в коротковолновых обратных связях ясного неба и является основным фактором различной эффективности воздействия, наблюдаемой для разных агентов воздействия, хотя в HadGEM3-GC3.1-LL показано, что эти различия в эффективности воздействия невелики. Распространение в других обратных связях также исследуется, при этом уровень потепления тропической поверхности моря сильно коррелирует с обратными связями длинноволнового ясного неба, а локальные температуры воздуха на поверхности хорошо коррелируют с распространением обратных связей радиационного эффекта облаков. Метрики, используемые для понимания распространения в обратных связях, также могут помочь объяснить несоответствие между обратными связями, наблюдаемыми в моделировании исторического эксперимента, и смоделированной оценкой обратных связей, наблюдаемой в реальном мире, полученной из эксперимента только с атмосферой, предписанного с наблюдаемыми температурами поверхности моря (называемого amip-piForcing).

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD041137

Волны тепла и засушливые периоды являются основными климатическими опасностями с далеко идущими последствиями для здоровья, экономики, сельского хозяйства и экосистем. Частота сложных жарких и сухих лет в Европе возросла в последние годы. Авторы представляют исследование прошлых экстремальных летних периодов и сравнивают их с будущими климатическими условиями. Использованы данные реанализа (2001–2022 гг.) и данные моделирования при трёх уровнях глобального потепления: +1,2°C, +2°C и +3°C для девяти выбранных субрегионов. Основные выводы указывают на значительное увеличение частоты большинства экстремальных прошлых случаев при сценариях потепления на 2°C и 3°C. Для определённых лет вероятность возникновения возрастает в 5–6 раз с 2°C до 3°C. Более того, анализ показывает заметный сдвиг на север в климатологии жарких и сухих летних периодов при потеплении на 3°C. Ожидается, что жаркий и сухой климат, наблюдаемый в Восточной Европе в нынешних условиях, распространится на значительные части побережья Балтийского моря, Финляндии и Скандинавии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01575-5

Новые исследования показывают, что, хотя повышение осветления морских облаков может временно снизить тепловой стресс на региональном уровне, этот метод имеет непредсказуемые и далеко идущие последствия.

Осветление морских облаков — это геоинженерный метод, направленный на борьбу с последствиями изменения климата. Он заключается в распылении аэрозолей, таких как частицы морской соли, в облака над океанами. Эти «осветлённые» облака отражают больше радиации обратно в космос, позволяя Земле охлаждаться.

Новое исследование в Nature Climate Change, посвящённое западному побережью США, показало, что хотя осветление морских облаков может принести некоторое облегчение от воздействия летней жары, его эффективность снижается при более высоких температурных режимах.

Уязвимое западное побережье

Авторы использовали версию 2 модели Community Earth System Model для воспроизведения осветления морских облаков в двух местах: у берегов Калифорнии и Алеутских островов Аляски. Решение моделировать именно эти места было обусловлено тем фактом, что они регулярно испытывают волны тепла.

Исследователи моделировали современные условия, а также условия «потепления середины века», прогнозируемого примерно на 2050 год. Они обнаружили, что осветление морских облаков в нынешних условиях привело к снижению летнего теплового стресса как в Калифорнии, так и на Алеутских островах.

Но моделирование 2050 года не предсказало никакого похолодания в целевых регионах, а в других регионах фактически привело к «усугублению теплового стресса и более жаркому лету, чем прогнозировалось в случае глобального потепления». Регионы, затронутые осветлением морских облаков во время моделирования потепления середины века в Калифорнии и на Аляске, включали северо-восточную Азию, Европу и центральную часть США.

Далеко идущие результаты

«Эти результаты показывают, насколько неинтуитивным может быть осветление морских облаков, поскольку желаемые воздействия, которые, казалось бы, являются логичными, могут иметь не единственное проявление», — сказала Джессика Ван (Jessica Wan), первый автор исследования и аспирант Института океанографии им. Скриппса.

Говиндасами Бала (Govindasamy Bala), профессор Центра атмосферных и океанических наук Индийского научного института, также отметил непредсказуемые и далеко идущие последствия осветления морских облаков в условиях меняющегося климата. Изменения в атмосферных и океанических циркуляциях, а также такие факторы, как облачность, сказал он, сделали побочные эффекты осветления морских облаков трудно предсказуемыми. «Из-за этих изменений в базовом климате», — объяснил он, — «вероятны непредусмотренные последствия».

Бала, который не принимал участия в новом исследовании, также отметил, что осветление морских облаков может привести к изменениям в таких разнообразных явлениях, как продуктивность морского планктона и время и интенсивность индийского муссона.

Ограничения регионального моделирования

Некоторые учёные, изучающие атмосферу, поощряли тонкий подход при интерпретации региональных исследований, подобных этому.

Харуки Хирасава (Haruki Hirasawa), научный сотрудник кафедры атмосферных и климатических наук Вашингтонского университета, не принимавший участия в исследовании, сказал, что климатический эффект регионального осветления морских облаков сильно зависит от места вмешательства, как это было доказано в исследовании 2009 года, проведённом исследователями Эксетерского университета.

«Я бы предостерёг от обобщения этих результатов», — сказал Хирасава.

Хирасава также добавил, что смоделированные реакции Атлантической меридиональной термохалинной циркуляции (АМТЦ) на осветление морских облаков в условиях потепления «разнообразны и часто нелинейны».

АМТЦ — один из важнейших путей переноса тепла и солёности океана от полюсов к экватору. В новом исследовании потеря эффективности осветления морских облаков в первую очередь обусловлена реакциями АМТЦ. И поскольку существуют неопределённости, связанные с смоделированными реакциями АМТЦ, Хирасава сказал, что он осторожен с предположением, что региональное осветление морских облаков снизит свою эффективность в более тёплом мире.

Ещё одним ограничением нового исследования является историческое отсутствие данных из Глобального Юга, сказал Роберт Вуд (Robert Wood), профессор кафедры атмосферных и климатических наук Вашингтонского университета, не принимавший участия в исследовании. Вуд объяснил, что исторически исследования в области осветления морских облаков были «очень ограничены небольшим сообществом элитных, ведущих учёных в самых богатых странах с доступом к ресурсам».

Развивающиеся страны, которые часто более уязвимы к изменению климата, имеют ограничения по ресурсам и, следовательно, ограниченные возможности для прогнозирования и анализа последствий изменения климата для своих регионов. «Нам необходимо создать протоколы моделирования и возможности, которые позволят обмениваться данными и способствовать использованию данных на Глобальном Юге», — добавил Вуд.

Ссылка: https://eos.org/articles/cloud-brightening-could-have-unintended-effects-in-a-warming-world